第三章_模具结构与设计.ppt

第三章冲裁模结构与设计,模具设计，实质上就是模具结构的设计（选择）和模具零部件的设计（选择）。所以，这一章有三个内容：其一是介绍典型冲裁模的基本结构；其二是介绍模具零部件的设计和选用原则；其三是模具整体设计过程。,第一节冲裁模的基本类型与结构分析,一、冲裁模的组成及分类如图,1、工作零件：凸模、凹模,2、定位零件：导料板、挡料销,3、卸料与推（顶）件装置；弹性和刚性,4、导向装置：无导向模；导板模；导柱导套模。,5、固定与联接零件：模架,（一）模具的组成,（二）模具的分类,1、按工作零件：如图,（1）按工序性质分,（2）按工序的组合程度分单工序模、级进模和复合模,（3）按工作零件的结构、布置方法、所用材料,2、按定位零件主要是挡料方式,3、按卸料与推（顶）件方式,4、按导向方式分无导向模；导板模；导柱导套模。,5、按模具模架结构,6、按自动化程度送料、出件及排除废料的方式分手动模、半自动模、自动模,二、简单冲裁模,（一）无导向简单冲裁模,刚性卸料落料模,简单冲裁模按工序性质又可以分为落料模、冲孔模、修边模、剪切模、剖切模、切口模。其中以落料模最有代表性,简单落料模按导向方式有：无导向模；导板模；导柱导套模,模具结构简单；质量轻、尺寸小、制造容易、成本低，但使用时安装调整凸、凹模之间间隙较麻烦；模具精度低；冲件质量差，模具寿命低；操作不够安全，适用于冲件精度不高，形状简单，批量小的情况。,无导向弹性卸料,无导向模特点：,圆柱销,活动挡料销,导板式简单冲裁模1,（二）,勾形挡料销,圆柱挡料销,圆柱形挡料销的特点：使用方便，但距离凹模刃口太近，影响凹模强度。,勾形挡料销的特点：距离凹模刃口远一些可以保证凹模有高强度，但使用不方便。,导板式简单冲裁模2,活动挡料销的特点：不需要抬料；距离凹模刃口较远，但料要向后拉。,导板式简单冲裁模3,导板冲裁模特点：,模具结构简单；质量轻、尺寸小、精度比无导向模高、使用时安装调整凸、凹模之间间隙容易；冲件质量好，模具寿命高；操作安全，但导板制造难度大，制造时导板应与凸模配合加工；冲压设备行程要小，以保证工作时凸模始终不离开导板。适用于冲件精度不高，冲压形状简单、尺寸不大，厚度大于0.30.5mm的冲裁件。,（三)导柱式简单模,弹性卸料的特点：由于有压料作用，故冲件质量好，但模具结构复杂，卸料力小，卸料不安全可靠。,刚性卸料的特点：模具结构简单，卸料力大，卸料安全可靠；但由于没有压料作用，故冲件质量差一些。,活动挡料销结构复杂，但卸料板不用开让位孔，保证了卸料板的强度。,弹性卸料,导柱式简单冲裁模,画图,分类,组成,刚性卸料,导柱导套冲裁模特点：,导向比导板模的可靠、精度高（可达IT12级以上）、使用时安装调整凸、凹模之间间隙方便；冲件质量好，模具寿命高；操作安全，但模具轮廓尺寸较大；质量重、制造工艺复杂、成本较高，适用于冲压生产批量大、精度要求较高零件的冲压。,上出件冲裁模,该模具冲出零件表面平整，适合于冲制板料厚度较薄和要求平整度要求较高的制件。模具采用导柱、导套导向，故冲出的制件质量较好，模具寿命长，使用安装方便，适于大批量生产。,无导向模、导板模、导柱导套模具比较,冲孔模1,冲孔模2,修边模,其它模具,三、级进模,级进模与单工序模相比，结构基本相同。如图,在压力机的一次冲程中，依次在几个连续不同的工位上完成多道工序的冲模。冲裁件在连续模中是逐步成形。,1、由导料板、挡料销、始用挡料销、导正销组成定位部分的导正销级进模如图,2、由导料板、侧刃组成定位部分的侧刃级进模。如图,3、由导料板、侧刃、导正销组成定位部分的连续模。,4、由导料板、自动送料机构、导正销组成定位部分的级进模。,只是必须要设置一个精确定位装置。根据精确定位装置的不同，级进模有四种基本结构：,复合模,其它级进模,级进模原理,定位零件,定位精度高，但始用挡料销使用不方便，薄料导正时，易将料拉坏，不适合冲压薄料的连续模，工位较多的连续模也不合适。适用于成形料不太薄，产品精度低于IT10IT13，形状简单，手工送料的模具。,级进模1,零件,级进模2,定位精度比导正销连续模低，但没有始用挡料销使用方便，对薄料的定位较好，工位较多时，由于模具精度低，故也不合适用这种结构的级进模。适用于冲压料厚t0.11.5mm，产品精度低于IT11IT14的模具。,双侧刃的作用：提高定位精度；使后几个工位有定位件。,由导料板、自动送料机构、导正销组成定位部分的连续模，同上，模具结构简单。,级进模3,该模具解决了对排送料不方便的问题。,由导料板、侧刃、导正销组成定位部分的连续模综合了两者的优点。模具结构复杂，薄料导正时，易将料拉坏，适合于工位较多的连续模。,级进模4,利用工件边缘形状作侧刃。,空位的作用：当级进模步距较小时可提高凹模强度；便于凸模安装、模具维修调整。,当步距小于8mm时，宜多设几个空工位；步距大于16mm时，不宜多设空工位；精度高，形状复杂时，不宜多设空工位，以减少总工位数；用导正销做精定位时，可适当多设空工位,级进模5,为了保证工件质量，凸模件2有三个特点：其一，有导向部分；其二，开有使用挡料销让位槽；其三，在刃口的前方带有一个R3.5的突出耳部，其目的是保证右半部所切下工件的顶部圆弧曲线能够光滑过渡，避免出现毛刺。,四、复合模,在压力机的一次冲程中，在同一个工位上完成两道以上工序的冲模。,顺装复合模,倒装复合模,顺装复合模,顺装复合模特点：,1、冲件质量好；,2、薄料冲压平整度高；,3、孔边距尺寸小时，凸凹模强度高；,4、操作不方便。,复合模最小壁厚：,顺装：有色金属为1t，但不小于0.5mm，黑色金属为1.5t但不小于0.7mm。,顶件零件,画图,倒装复合模,倒装复合模特点：,1、冲件质量差；,2、薄料冲压平整度很差；,3、孔边距尺寸小时，凸凹模强度不够；,4、操作方便。,最小壁厚：,工作零件,正装模,顺装、倒装复合模比较,正装复合模、倒装复合模的比较,单工序模复合模连续模的比较,续,工艺,第二节冲裁模主要零件的结构与设计,冲模零部件工艺结构零件、辅助结构零件,工艺结构零件工作零件、定位零件、卸料与推（顶）件零件,工作零件：,定位零件：,辅助结构零件导向零件、固定与联接零件,凹模（）、,凸凹模（）,导料销或导料板（）、,定位订（）或定位板（）、,导正销（）、,始用挡料销（）、,侧刃和侧刃挡块（）,挡料销（）、,凸模（）、,设,设,设,设,选,选,选,选,选,选,导柱（）、,固定与联接零件：,导向装置：,卸料与推（顶）件装置：,（卸料）弹性卸料板（）、,卸料螺钉（）、,刚性卸料板（）、,推（顶）件推件板、（）,推杆（）、,打板（）、,打杆（）,弹性元件（）、,导套（）、,导板（）,模柄（）、,上、下模板（座）（）、,垫板（）、,凸、凹模固定板（）、,螺钉、销子、限位器等（）,设,设,设,设,设,设,设,选,选,选,选,选,选,选,选,选,废料切刀（）、,选,一、工作零件,（一）凸模,1、凸模的结构型式,直通式、台阶式,直通式,台阶式,直通式的特点：可以用切割方法加工，加工方便，但是，装夹要比台阶式麻烦，它必须增加夹紧装置,台阶式的特点：，装夹要比直通式方便；但不可以用切割方法加工，故不适于用来做冲压轮廓形状较复杂零件的模具,直通式凸模安装方式,铆接式,螺钉加紧式,粘结式,热套法,一般情况下多用螺钉加紧法、小凸模用铆接法，连续模用粘结法，硬质合金凸模用热套法。,快换凸模结构,2、凸模长度计算如图,刚性卸料L=h1+h2+h3+h,弹性卸料L=h1+h2+（h0+h预）,h0弹簧的自由高度,h预为弹簧的预压量,凸模长度规范值：30、32、36、38、40、42、45、48、50、52、55、58、60、65、70、80、90、100等等,凸模长度,3、凸模强度与刚度校核,强度cp=F/Ac,刚性：无导向矩形Lmax425J/F圆形Lmax95dp2/F,有导向Lmax1200J/FLmax270dp2/F,（二）凹模,凹模的结构形式,整体式凹模,凹模结构形式主要有三种：即整体式凹模；组合式凹模和镶块式凹模。,组合式凹模,镶块式凹模,外形尺寸,1、凹模型孔的结构型式,圆柱形型孔凹模特点：刃口强度高、精度高、制造容易；但刃口张力大、磨损大、易磨成反锥形。,锥形型孔凹模特点：刃口锋利、刃口张力小、磨损小、不易出现反锥形，模具寿命低；但强度低、精度低,可调间隙凹模：淬火硬度3540HRC；适用于料厚小于0.5mm的软金属或非金属材料。,2、凹模外形尺寸如图,凹模厚度：,h=kb（15mm）,凹模壁厚：,C=（1.52）h（3040mm）,B=b+2cL=b+2c,B和L都要向标准尺寸上靠。标准尺寸有：63、80、100、125、160、200、250、315、400等等,计算所得的h值要向规范尺寸上靠：这些尺寸有：12、14、16、18、20、22、25、28、等等,（三）凸凹模,（四）镶拼式凸模和凹模,凹模长宽尺寸：,二、定位零件,（一）导料板、导料销、侧压块,（二）挡料销,（三）导正销,挡料销与导正销的关系,S1=SD/2+d/2+0.1,S1=S+D/2d/20.1,始用导料销,（四）侧刃,侧刃工作原理,A型,A型,B型,C型,B型,C型,（五）定位板与定位销,三、卸料与推（顶）件装置,顶件装置,四、导向装置,导板、导柱、导套,滑动导向装置,滚珠导向装置,导柱导套在模架上的位置,五、固定与联接零件,（一）模柄尺寸按冲床模柄孔尺寸而得,（二）模座尺寸按凹模尺寸而得,（三）固定板与垫板,（四）螺钉、销子,固定板的厚度一般取凹模厚度的（6080）,垫板一般取412mm。,六、弹簧和橡胶的选用与计算,（一）弹簧如图,已知卸料力F1(F2、F3)（弹簧预压力,1、计算一根弹簧上的预压力,2、计算需要的压缩量,3、初选弹簧一般Fj大约为2F0,4、效验所选的弹簧校核Fj和hjFjF0即可,L=L预+L工L修,F0=F1/n,FjF0hjL即可,（二）橡胶,已知卸料力F1(F2、F3)（橡胶预压力），求橡胶的自由高度和面积。,1、求自由高度H0,橡胶总的压缩量（3545）H0L,橡胶的预压量L预（1015）H0,橡胶需要的压缩量L=L预+L工L修,H0=（L工L修）/0.250.3,2、求橡胶的面积,pAF1AF1/p,例如F1=2000N，p=0.5MPat=1mm,H0=28mm左右,A=4000mm2,0.5H0/D1.5,可以割成四块橡胶，尺寸为（2540）mm。,第三节冲裁模设计步骤,冲裁模设计的一般程序,1、对冲裁件进行工艺分析,2、确定冲裁的工艺方案,3、选择模具结构型式,4、进行必要的工艺计算,毛坯计算、力的计算、压力中心计算、刃口尺寸计算、弹性元件确定、模具强度校核、闭合高度,5、选择和确定模具主要零部件的结构与尺寸,6、选择压力机,7、绘制模具装配图和非标准零件图,8、编写设计说明书,一、冲裁件的工艺性,（一）冲裁件的形状和尺寸,1、冲裁件的形状力求简单对称；,提高材料的利用率和模具的加工工艺性,2、冲裁件的圆角；,3、冲裁件应避免有过长的悬臂或过窄的凹糟；,模具的加工工艺性,模具的强度,冲裁件的工艺性是指其对冲压工艺的适应性，只要包括材料、形状尺寸、精度等等。（工艺性不好是指冲裁件不好冲裁或不能冲裁）,4、冲裁件上冲孔孔径尺寸不宜太小；,小凸模的强度和刚性,5、冲裁件上孔与孔、孔与边缘的尺寸不能过小。,（二）冲裁件的尺寸精度与断面粗糙度,精度一般低于IT10级,断面粗糙度,（三）冲裁件的尺寸标注基准,基准重合,二、冲裁件的排样,冲裁件在条料或板料上的布置方法称为排样。如图,排样对冲压与模具的影响有：,1）影响材料利用率,2）影响工件的冲裁质量,3）影响模具的结构和模具的寿命,4）影响生产率,5）影响工人操作的方便程度,选择排样的原则：,在保证质量的前提下尽量考虑材料利用率最高，在材料利用率差不多的情况下，再考虑其它因素。,排样图,斜对排混合排多行排裁搭边,（一）材料利用率如图,=nA/(bl)100,要提高材料利用率可以减少工艺废料，即减少搭边值。,n为一个步距内冲件数,总=n总A/(BL)100,n总=n1n2,材料总的利用率如图,A为工件面积,b条料宽度,l送料步距,材料单件利用率,材料利用图,有废料排样,少废料排样,无废料排样,搭边,（二）排样方式和材料的经济利用,排样方法按制件在条料上的布置方式可分为：如图,排样方法按废料的情况分，有三种排样即：如图,1、有废料排样如图工件质量好、模具寿命长、材料利用率低,2、少废料排样如图工件质量差材料利用率较高,3、无废料排样如图材料利用率高、模具不对称冲裁故模具寿命短、工件的质量差、有时生产率高，模具构简单。,一般首选直排，角形零件斜排，其次对排（可以用设计连续模的方法解决操作不方便的问题）。利用结构废料冲零件，可以进行混合排。,（三）搭边如图,搭边的作用：补偿定位误差，保证冲出合格的零件、可起送料定位的作用、使条料有一定的刚性，便于送料。,选择搭边值时应考虑的因素：,1）材料的机械性能：材料硬的取小一些；,2）材料厚度：1mm左右取最小值；,3）工件的形状与尺寸：工件大或复杂的取大一些；,4）排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边值；,5）送料及挡料方式：手工送料和有侧压板的取小值。,在保证条料刚性的前提下，尽量取小值。,选择搭边值的原则：查表法、类比法,（四）条料宽度与导料板间距,1、有侧压装置,b=(D+2a)-,B=b+Z=D+2a+Z,Z=58mm,2、无侧压装置,b=(D+2a2Z)-,B=b+2Z=D+2a+4Z,Z=0.51mm,或b=(D+2a)-,或b=(D+2a22Z)-,3、送料步距：,l=D+a1,三、冲裁工艺方案,工序性质、工序数量、工序顺序、工序组合,四、模具压力中心计算,冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心。,计算模具压力中心的目的：(如图）,将压力中心位于模具模柄轴心线上（模具的中心线上）。,x0F=x1F1+x2F2+xnFn,F=(L1+L2+Ln)tbF1=L1tbFn=Lntb,x0=(x1L1+x2L2+xnLn)/(L1+L2+Ln),y0=(y1L1+y2L2+ynLn)/(L1+L2+Ln),压力中心的计算：如图,模具比较,压力中心图,对称形状的压力中心在对称中心,圆弧的压力中心：,x0=Rsin/,五、冲模的闭合高度,冲模总的闭合高度必须